JPH0846574A - モード同期リングレーザ装置 - Google Patents

モード同期リングレーザ装置

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JPH0846574A
JPH0846574A JP6175858A JP17585894A JPH0846574A JP H0846574 A JPH0846574 A JP H0846574A JP 6175858 A JP6175858 A JP 6175858A JP 17585894 A JP17585894 A JP 17585894A JP H0846574 A JPH0846574 A JP H0846574A
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JP
Japan
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optical
waveguide
light
mode
laser device
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Pending
Application number
JP6175858A
Other languages
English (en)
Inventor
Satoki Kawanishi
悟基 川西
Hidehiko Takara
秀彦 高良
Masatoshi Saruwatari
正俊 猿渡
Kuninori Hattori
邦典 服部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光通信や光計測の分野で高速パルス光源とし
て使用されるモード同期リングレーザ装置に関し、簡単
な構成で安定して光短パルスを発生させる。 【構成】 光の損失あるいは位相を所定の周波数で変調
する光変調手段と、利得媒質が励起光によって励起さ
れ、通過する光パルスを増幅する光増幅手段と、発振波
長に応じた所定の帯域の光パルスを通過させる光フィル
タ手段と、光パルスを外部に取り出す光分岐手段と、各
手段を互いに光学的に結合してリング共振器を形成する
光接続手段とを備えたモード同期リングレーザ装置にお
いて、光変調手段,光増幅手段,光フィルタ手段,光分
岐手段および光接続手段のすべてが偏波保持性を有し、
かつ各手段の光学主軸を合わせて結合した構成であり、
さらに、光増幅手段の利得媒質として希土類ドープ・プ
レーナ光導波路を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信や光計測の分野
で高速パルス光源として使用されるモード同期リングレ
ーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】モード同期リングレーザ装置は、レーザ
共振器の縦モード間隔と等しい周波数間隔で変調するこ
とにより、位相の揃った多数の発振モードを発生させる
ものであり、時間軸上ではこの発振スペクトルのフーリ
エ逆変換に相当する光短パルス列を発生させることがで
きる。このモード同期法では、レーザ共振器の縦モード
間隔に等しい発振モードを発生させるモードロッカとし
て、光変調器を用いて共振器中を伝播する光の強度を変
調する方法が用いられている。また、この光変調器とし
ては、LiNbO3などの誘電体を材料とし、電気光学効果に
よって光強度の変調を行うデバイスが主として用いられ
ている。
【0003】図2は、従来のモード同期リングレーザ装
置の構成および動作原理を示す図であり、(a) はその基
本構成を示し、(b) はモード同期で得られる代表的なス
ペクトル特性を示し、(c) はその時間波形特性を示す。
【0004】図2(a) において、光変調器21と、光パ
ルスを増幅する光増幅器22と、光パルスの進行方向を
規定し反射戻り光を遮断する光アイソレータ23と、発
振波長を光増幅器の利得スペクトル幅内で決定する光フ
ィルタ24と、光パルス(モード同期レーザ出力光)の
一部を外部に取り出す光分岐回路25と、光路長を可変
させる光遅延回路26が、光接続手段20を介してリン
グ状に結合され、リング共振器が構成される。光変調器
21は、発振器27から与えられる信号の周波数に応じ
て、電気光学効果によりリング共振器内を伝搬する光の
損失あるいは位相を変調する。
【0005】光接続手段20としては、光ファイバ、平
面基板に形成される光導波路、その他が用いられる。光
変調器21としては、LiNbO3 等による電気光学効果
を利用する変調器、半導体レーザ増幅器、電界吸収型光
変調器、その他が用いられる。
【0006】光増幅器22としては、主にエルビウム
(Er)やネオジウム(Nd)などの希土類を添加した希土
類ドープ光ファイバ増幅器が用いられる。希土類ドープ
光ファイバ増幅器は、図3(a) に示す後方励起構成、ま
たは図3(b) に示す前方励起構成、または図3(c) に示
す双方向励起構成をとる。いずれの構成においても、光
パルスは、希土類ドープ光ファイバ31の一端から入射
され、他端から出射される。励起光は、励起光源32−
1,32−2から、希土類ドープ光ファイバ31の一端
あるいはその両端に接続された合波器33−1,33−
2を介して、希土類ドープ光ファイバ31に入射され
る。希土類ドープ光ファイバ31は、この励起光によっ
て励起され、通過する光パルスを増幅する。
【0007】光フィルタ24としては、誘電体多層膜フ
ィルタその他が用いられる。また、波長可変特性を有す
るものを用いれば、波長可変のモード同期リングレーザ
装置を実現できる(H.Takara et al., " 20 GHz transf
orm-limited optical pulsegeneration and bit-erro
r-free operation using a tunable, activelymode
locked Er-doped fiber ring laser ", Electron.Let
t., vol.29, pp.1149-1150, 1993) 。
【0008】光遅延回路26としては、トロンボーン構
成の空間光学系や、ピエゾ素子を用いて光ファイバを物
理的に伸縮させる方法が用いられる。ただし、モード同
期駆動周波数(発振器27の周波数)が固定で、リング
共振器の共振器長を十分に安定化できる場合には光遅延
回路26は省略可能である。
【0009】ここで、モード同期リングレーザ装置の動
作原理について説明する。リング共振器の共振器長L
は、リング共振器を構成する各媒質の物理長をh、屈折
率をnとすると、それぞれの物理長hi にそれぞれの屈
折率ni を乗じた値(それぞれの光路長)の和であり、
L=Σhi i で定義される。
【0010】リング共振器では、fr =c/L(ただ
し、cは光速度)で与えられる周波数間隔をもつ多数の
縦モードが存在する。ここで、リング共振器内の光変調
器21で繰り返し周波数fm =N・fr(Nは1以上の整
数)の光変調を加えると、図2(b) に示すように、周波
数間隔N・fr のすべての縦モードの位相が揃うモード
同期発振状態となり、図2(c) に示すように繰り返し周
期1/(N・fr) の光パルス列が得られる。このパルス
幅は、多数の縦モードスペクトルの包絡線で定まる発振
スペクトル幅δνの逆数に対応し、このスペクトル包絡
線の中心が中心波長(周波数ν0 )となる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】希土類ドープ光ファイ
バ増幅器を用いた従来のモード同期リングレーザ装置で
は、その安定動作において次のような問題点があった。
【0012】強制モード同期動作を安定的に継続させる
には、リング共振器の共振周波数をモード同期駆動周波
数(発振器27の周波数)またはその整数分の1に精密
に設定する必要があり、そのためにはリング共振器の共
振器長を極めて精密に安定化する必要があった。このリ
ング共振器の共振器長の変動要因のうち最大のものは、
温度変動によるファイバの伸縮である。この温度変動に
は、光増幅器22において励起光源の光を希土類ドープ
光ファイバが吸収して発熱することも含まれる。したが
って、図2に示す構成では光増幅器22における光路長
(h3・n3)が大きく変動する。
【0013】ところで、光増幅器22の利得媒質として
用いられる希土類トープ光ファイバの長さは通常10mな
いし20m程度が必要であり、しかも構造的に平面的な実
装を行うことは困難であった。したがって、従来構成で
は、温度安定化を図るためにリング共振器全体を恒温槽
に収めるなどの方法がとられている。しかも恒温槽とし
て大きな容積が必要となるので、装置全体が大がかりな
ものになっていた。
【0014】本発明は、小型な装置構成で安定して光短
パルスを発生させることができるモード同期リングレー
ザ装置を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明のモード同期リン
グレーザ装置は、リング共振器内の光増幅手段の利得媒
質として希土類ドープ・プレーナ光導波路を用いること
を特徴とする。
【0016】また、本発明のモード同期リングレーザ装
置は、構成要素のすべてが偏光保持性を有し、かつ各光
学主軸を合わせて結合し、さらに光増幅手段の利得媒質
として希土類ドープ・プレーナ光導波路を用いることを
特徴とする。
【0017】
【作用】本発明では、光増幅手段の利得媒質として、小
型化が容易な希土類ドープ・プレーナ光導波路を用いる
ことにより、モード同期リングレーザ装置を小型化でき
る。しかも、希土類ドープ・プレーナ光導波路は、平面
基板上に実装された導波路であるので、共振器長を安定
化するための温度安定化機構を簡単に実現することがで
きる。
【0018】また、リング共振器内のすべての構成要素
を偏光保持型とすることにより、外部変動による偏光状
態の変化を防ぐことができる。
【0019】
【実施例】図1は、本発明のモード同期リングレーザ装
置の実施例構成を示す。図において、光変調器21と、
光パルスを増幅する光増幅器22′と、発振波長を光増
幅器の利得スペクトル幅内で決定する光フィルタ24
と、光パルス(モード同期レーザ出力光)の一部を外部
に取り出す光分岐回路25と、光パルスの一偏光方向の
みを透過する偏光子28が、光接続手段20を介してリ
ング状に結合され、リング共振器が構成される。光変調
器21は、発振器27から与えられる信号の周波数に応
じて、電気光学効果によりリング共振器内を伝搬する光
の損失あるいは位相を変調する。なお、従来構成と同様
に必要に応じて光遅延回路26がリング共振器内に配置
される。
【0020】本発明の特徴は、光増幅器22′の構成に
ある。すなわち、利得媒質として用いていた従来の希土
類ドープ光ファイバ31に替えて、希土類ドープ・プレ
ーナ光導波路11を用いることを特徴とする。ここに示
す構成は、図3(c) に示す双方向励起構成のものであ
り、励起光は励起光源32−1,32−2から合波器3
3−1,33−2を介して希土類ドープ・プレーナ光導
波路11に入射される。なお、後方励起構成または前方
励起構成をとってもよい。
【0021】また、ここでは、合波器33−1と希土類
ドープ・プレーナ光導波路11との間に光アイソレータ
23−1を挿入し、合波器33−2と光フィルタ24と
の間に光アイソレータ23−2を挿入し、光パルスの進
行方向を規定するとともに反射戻り光を遮断する。な
お、光アイソレータは、本実施例ではリング共振器を周
回する光パルスが右回りになるように規定しているが、
左回りになるようにしてもよく、その位置および個数も
必要に応じて設定される。
【0022】希土類ドープ・プレーナ光導波路11は、
シリコン基板上に形成されたガラス導波路に希土類を添
加した平面構造の光導波路である。本光導波路の基本的
な特性については、文献( T. Kitagawa, " Rare-earth
-doped planar waveguideamplifiers" , Tech. Digest
of Optical Amplifiers and their ApplicationsTopica
l Meeting,MC-1,pp.136-139,1993) に記載されている。
これによれば、30cm程度の長さの光導波路で 980nm
の励起光により約15dBの利得が得られ、1480nmの励
起光により約10dBの利得が得られることが示されてい
る。また、本光導波路で、単一偏波および単一モードの
発振も実現している。
【0023】希土類ドープ・プレーナ光導波路11は、
利得媒質としてガラス導波路を用いていることから広い
増幅帯域を有し、光短パルスの発生に適している。添加
する希土類としてイットリビウム(Yb)を用いることに
より、利得効率の向上とともに、励起波長範囲の拡大を
図ることができる。本実施例では、約10cm角のシリコ
ン基板上に約40cmの長さの光導波路を作製したが、 9
80nmの励起光を 100mWの強度で励起して約15dBの
利得が得られた。
【0024】また、希土類ドープ・プレーナ光導波路1
1は、平面基板上に実装された光導波路であるので、共
振器長を安定化するための温度安定化機構を簡単に実現
できる。たとえば、基板の下の面に放熱板やペルチェ素
子を取り付けることにより温度制御が可能となる。さら
に、光接続手段20として平面基板上に形成される光導
波路を用いることにより、リング共振器全体を平面基板
上に実装できる。これにより、リング共振器全体につい
ても同様にして温度安定化を図ることができ、大きな容
積を必要とする恒温槽などが不要となる。
【0025】また、本実施例では、リング共振器内のす
べての構成要素を偏波保持型とし、かつそれらの光学主
軸を合わせて結合する。これにより、リング共振器内の
光パルスの偏光方向を一定にすることができる。すなわ
ち、光パルスは同一偏光方向に保持されて各構成要素を
導波するので、不安定動作をもたらす偏光状態の変化を
防ぐことができる。なお、リング共振器内に偏光子28
を配置することにより、偏波ゆらぎによる雑音を除去す
ることができる。ただし、リング共振器内の偏波保持状
態が良好であれば偏光子28は省略できる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のモード同
期リングレーザ装置は、リング共振器内の利得媒質とし
て平面構造の希土類ドープ・プレーナ光導波路を用いる
ことにより、装置の小型化を図ることができるととも
に、温度制御が容易になる。これにより、リング共振器
の共振器長を極めて精密に安定化することができ、動作
の安定性を向上させることができる。
【0027】また、リング共振器内のすべての構成要素
を偏光保持型とすることにより、外部変動による偏光状
態の変化を防ぐことができ、動作の安定性を向上させる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のモード同期リングレーザ装置の実施例
構成を示すブロック図。
【図2】従来のモード同期リングレーザ装置の構成およ
び動作原理を示す図。
【図3】希土類ドープ光ファイバ増幅器の構成例を示す
図。
【符号の説明】
11 希土類ドープ・プレーナ光導波路 20 光接続手段 21 光変調器 22 光増幅器 23 光アイソレータ 24 光フィルタ 25 光分岐回路 26 光遅延回路 27 発振器 28 偏光子 31 希土類ドープ光ファイバ 32 励起光源 33 合波器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 服部 邦典 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光の損失あるいは位相を所定の周波数で
    変調する光変調手段と、 利得媒質が励起光によって励起され、通過する光パルス
    を増幅する光増幅手段と、 発振波長に応じた所定の帯域の光パルスを通過させる光
    フィルタ手段と、 前記光パルスを外部に取り出す光分岐手段と、 前記各手段を互いに光学的に結合してリング共振器を形
    成する光接続手段とを備えたモード同期リングレーザ装
    置において、 前記光増幅手段の利得媒質として希土類ドープ・プレー
    ナ光導波路を用いた構成であることを特徴とするモード
    同期リングレーザ装置。
  2. 【請求項2】 光の損失あるいは位相を所定の周波数で
    変調する光変調手段と、 利得媒質が励起光によって励起され、通過する光パルス
    を増幅する光増幅手段と、 発振波長に応じた所定の帯域の光パルスを通過させる光
    フィルタ手段と、 前記光パルスを外部に取り出す光分岐手段と、 前記各手段を互いに光学的に結合してリング共振器を形
    成する光接続手段とを備えたモード同期リングレーザ装
    置において、 前記光変調手段,光増幅手段,光フィルタ手段,光分岐
    手段および光接続手段のすべてが偏波保持性を有し、か
    つ各手段の光学主軸を合わせて結合した構成であり、 さらに、前記光増幅手段の利得媒質として希土類ドープ
    ・プレーナ光導波路を用いた構成であることを特徴とす
    るモード同期リングレーザ装置。
JP6175858A 1994-07-27 1994-07-27 モード同期リングレーザ装置 Pending JPH0846574A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005013442A3 (en) * 2003-08-01 2005-03-24 Massachusetts Inst Technology Planar multiwavelength optical power supply on a silicon platform
KR101382443B1 (ko) * 2012-02-21 2014-04-08 서울시립대학교 산학협력단 Q-스위칭 및 모드 락킹을 이용한 펄스 레이저 생성 장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005013442A3 (en) * 2003-08-01 2005-03-24 Massachusetts Inst Technology Planar multiwavelength optical power supply on a silicon platform
US7336684B2 (en) 2003-08-01 2008-02-26 Massachusetts Institute Of Technology Planar multiwavelength optical power supply on a silicon platform
KR101382443B1 (ko) * 2012-02-21 2014-04-08 서울시립대학교 산학협력단 Q-스위칭 및 모드 락킹을 이용한 펄스 레이저 생성 장치

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